JP2023116116A - 基板を処理する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板を載置するステージに冷却部を直接接触させて基板を冷却し、冷却部をステージから離間させた状態でステージを回転させつつ複数の基板の処理を行う際に、基板間の処理の不均一を抑制しつつ高スループットで処理が可能な方法および装置を提供する。
【解決手段】基板を処理する方法は、ステージを冷却部に直接接触させた状態で冷却部を目標温度に冷却し、ステージを初期冷却温度まで冷却することと、ステージを昇温させることと、ステージの温度が定常冷却温度に達した時点で、ステージの温度を定常冷却温度に制御することと、定常冷却温度のステージ上に基板を載置し、ステージを冷却部から離間させた状態でステージを回転させながら、複数の基板に対して連続して基板処理を行うこととを有する。
【選択図】図７

Description

本開示は、基板を処理する方法および装置に関する。

半導体基板等の基板の処理装置、例えば成膜装置として、極低温が必要な処理が存在する。例えば、高い磁気抵抗比を有する磁気抵抗素子を得るために、超高真空かつ極低温の環境下において磁性膜を成膜する技術が必要とされる。

超高真空環境下において基板を極低温にかつ均一に冷却するための技術として、特許文献１には、回転しているステージと冷凍伝熱体の隙間に冷却ガスを供給しつつ、冷凍機の冷熱を、冷凍伝熱体を介してステージに供給する技術が記載されている。そして、特許文献１には、さらに、ステージを所定温度までプリヒートした後、複数の基板に対して連続して処理を行うことが記載されている。

特開２０２１－３４６９５号公報

本開示は、基板を載置するステージに冷却部を直接接触させて基板を冷却し、冷却部をステージから離間させた状態でステージを回転させつつ複数の基板の処理を行う際に、基板間の処理の不均一を抑制しつつ高スループットで処理が可能な方法および装置を提供する。

本開示の一態様に係る方法は、基板を載置するステージに冷却部を直接接触させて基板を冷却し、冷却部をステージから離間させた状態でステージを回転させつつ基板を処理する方法であって、前記ステージを前記冷却部に直接接触させた状態で前記冷却部を目標温度に冷却し、前記ステージを初期冷却温度まで冷却することと、前記ステージを昇温させることと、前記ステージの温度が定常冷却温度に達した時点で、前記ステージの温度を前記定常冷却温度に制御することと、前記定常冷却温度の前記ステージ上に基板を載置し、前記ステージを前記冷却部から離間させた状態で前記ステージを回転させながら、複数の基板に対して連続して基板処理を行うことと、を有する。

本開示によれば、基板を載置するステージに冷却部を直接接触させて基板を冷却し、冷却部をステージから離間させた状態でステージを回転させつつ基板の処理を行う際に、基板間の処理の不均一を抑制しつつ高スループットで処理が可能な方法および装置が提供される。

一実施形態に係る基板を処理する方法を実施することができる基板処理装置の一例を示す概略断面図である。 基板処理装置における定常状態の基板Ｗの処理を説明するための図である。 基板処理により温度が上昇したステージを初期冷却温度に冷却するための時間の具体例を示す図である。 図１の基板処理装置により通常のシーケンスで連続成膜を行う場合のステージの温度の推移を説明するための図である。 図１の基板処理装置において、ステージを冷却部から離間させることによるステージの自然昇温を検証した結果を示す図である。 ステージの温度を上昇させる加熱手段の一例を示す図である。 第１の処理シーケンス例を示すフローチャートである。 第１の処理シーケンス例を示す温度チャートである。 第２の処理シーケンス例を示すフローチャートである。 第２の処理シーケンス例を示す温度チャートである。

以下、添付図面を参照して実施形態について具体的に説明する。
＜処理装置＞
最初に、一実施形態に係る基板を処理する方法を実施することができる基板処理装置の一例について説明する。図１は、このような基板処理装置の一例を示す概略断面図である。

図１に示す基板処理装置１００は、例えば、真空雰囲気を形成し、処理ガスによる基板処理を実行する真空処理容器１０の内部において、半導体ウエハ等の基板Ｗに対して所望の成膜を行う装置である。基板処理装置は、基板Ｗに対してＰＶＤ（physical vapor deposition）成膜を行うスパッタリング装置として構成される。

基板処理装置１００は、真空処理容器１０と、ステージ２０と、ターゲット部３０と、冷却部４０と、回転駆動部５０と、昇降部７０と、温度測定機構８０と、制御部９０とを有する。

真空処理容器１０は、その内部で基板Ｗに対して成膜処理を行うためのものである。真空処理容器１０には、真空ポンプ等を有する排気装置１３が接続されており、排気装置１３を作動させることにより、その内部が真空排気されるように構成されている。真空処理容器１０には、処理ガス供給装置（図示せず）から、スパッタ成膜に必要な処理ガス（例えばアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）等の希ガスや窒素（Ｎ_２）ガスが供給される。

ステージ２０は基板Ｗを載置するものであり、真空処理容器１０内の下部に設けられている。ステージ２０は、基板Ｗが載置される載置部２１と、載置部２１の下に設けられた伝熱部２２とが積層した構造を有しており、載置部２１と伝熱部２２は熱伝導性の高い材料、好適には銅（Ｃｕ）により形成されている。載置部２１は静電チャックを含み、静電チャックは、誘電体膜内に埋設されたチャック電極２１ａを有する。チャック電極２１ａには、配線３３を介して直流電圧が印加されるようになっている。これにより、基板Ｗを静電吸着する。ステージ２０には、温度測定機構（図示せず）が設けられており、ステージ２０の温度がモニタされるようになっている。また、ステージ２０には基板Ｗを昇降するための昇降ピン（図示せず）がステージ２０の上面に対して突没自在に設けられている。

ステージ２０には、伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給管２４が設けられている。伝熱ガス供給管２４は、載置部２１を貫通し、ガス孔２５から基板Ｗの裏面と載置部２１の上面との間にＨｅガス等の伝熱ガスを供給する。これにより、基板Ｗの下面と載置部２１の上面との間の空間の熱伝導率を高め、基板Ｗの冷却効率を向上させることができる。

ターゲット部３０は、真空処理容器１０内のステージ２０の上方に、ステージ２０と対向するように設けられており、複数のターゲットホルダ３１を有している。ターゲットホルダ３１は、水平面に対して傾斜角θで傾斜した状態で真空処理容器１０内に固定されている。各ターゲットホルダ３１の下面には、ターゲットＴが取り付けられる。ターゲットホルダ３１は水平に固定されてもよい。

ターゲット部３０は、ターゲットホルダ３１に電圧を印加する電源（図示せず）を有している。電源は直流電源であっても高周波電源であってもよい。電源からターゲットホルダ３１を介してターゲットＴに直流電圧または高周波電圧が印加されると、真空処理容器１０の内部にプラズマが発生し、真空処理容器１０内に供給された希ガス等がイオン化される。そして、希ガスイオン等によりターゲットＴがスパッタリングされる。スパッタリングされたターゲットＴの原子もしくは分子は、ステージ２０に保持されている基板Ｗの表面に堆積し、所望の膜が成膜される。

基板Ｗに対してターゲットＴを傾斜させることにより、ターゲットＴからスパッタされたスパッタ粒子の基板Ｗへの入射角を調整することができ、基板Ｗに成膜された膜の膜厚の面内均一性を高めることができる。ステージ２０を昇降させてターゲットＴと基板Ｗの間の距離を変化させ、基板Ｗに対するスパッタ粒子の入射角を調整することもできる。

ターゲットＴの数は特に限定されないが、一つの基板処理装置１００にて異種材料により形成される異種膜をシーケンシャルに成膜する観点から、組成が異なる複数のターゲットＴが設けられていることが好ましい。

冷却部４０は、冷凍装置４１と、冷凍装置４１の上に設けられた接続プレート４２とを有する。冷凍装置４１は、冷凍機４３とコールドリンク４４とを有し、冷凍機４３の上にコールドリンク４４が積層された構成となっている。接続プレート４２は、ステージ２０の伝熱部２２と接離可能に設けられている。

冷凍機４３は、コールドリンク４４を保持し、コールドリンク４４の上面を、例えば、－３０℃以下で、－２００℃程度の極低温に冷却することが可能となっており、第１支持部材４５に支持されている。冷凍機４３には、冷却能力の観点から、ＧＭ（Gifford-McMahon）サイクルを利用する形態が好ましい。

コールドリンク４４は、冷凍機４３の上に固定されておりその上部が真空処理容器１０の内部に収容されている。コールドリンク４４は、熱伝導性の高い銅（Ｃｕ）等により形成されており、略円柱状をなしている。冷凍機４３およびコールドリンク４４は、ステージ２０の中心軸ＣＬにその中心が一致するように配置されている。

回転駆動部５０は、回転装置５１と、駆動伝達部５２とを有し、ステージ２０を回転させる。

回転装置５１は、ロータ５３と、ステータ５４とを有するダイレクトドライブモータで構成される。ロータ５３は、後述するスリップリング６６の回転体６４と同軸に延在する略円筒状を有し、回転体６４に固定されている。ステータ５４は、その内径がロータ５３の外径よりも大きい略円筒状を有する。ロータ５３が回転すると、後述するようにして駆動伝達部５２を介してステージ２０が、コールドリンク４４に対して相対的に回転する。ステータ５４は支持部材６９に固定され、ロータ５３は支持部材６９に対して回転となっている。なお、回転装置は、ダイレクトドライブモータ以外の形態であってもよく、サーボモータと伝達ベルトを備えている形態等であってもよい。

駆動伝達部５２は、ステージ２０を支持する外筒５７、磁性流体シール部６３、スリップリング６６等を有する。

外筒５７は、コールドリンク４４の上部の外周面を覆うように配設されており、その上部が真空処理容器１０の内部に進入し、真空処理容器１０の内部においてステージ２０を支持する。外筒５７は、コールドリンク４４の外径よりも僅かに大きい内径を有する円筒部５５と、円筒部５５の下面において外径方向に延びるフランジ部５６とを有し、円筒部５５がステージ２０を直接支持する。円筒部５５とフランジ部５６は、例えばステンレス等の金属により形成されている。

フランジ部５６の下面には、断熱部材５８が接続されている。断熱部材５８は、フランジ部５６と同軸に延在する略円筒状を有し、フランジ部５６の下面に固定されている。断熱部材５８は、アルミナ等のセラミックスにより形成されている。

磁性流体シール部６３は、断熱部材５８の下面に設けられている。磁性流体シール部６３は、回転部５９と、内側固定部６０と、外側固定部６１と、加熱源６２とを有する。回転部５９は、断熱部材５８と同軸に延在する略円筒状を有し、断熱部材５８の下面に固定されている。すなわち、回転部５９は、断熱部材５８を介して外筒５７に接続されている。この構成により、断熱部材５８によって外筒５７が有する冷熱の回転部５９への伝熱が遮断されることになり、磁性流体シール部６３の磁性流体の温度の低下によるシール性能の悪化や結露の発生を抑制できる。

内側固定部６０は、コールドリンク４４と回転部５９との間において、磁性流体を介して設けられている。内側固定部６０は、その内径がコールドリンク４４の外径よりも大きく、その外径が回転部５９の内径よりも小さい略円筒状を有する。外側固定部６１は、回転部５９の外側において、磁性流体を介して設けられている。外側固定部６１は、その内径が回転部５９の外径よりも大きい略円筒状を有する。加熱源６２は、内側固定部６０の内部に埋め込まれており、磁性流体シール部６３の全体を加熱する。

このように、磁性流体シール部６３は、磁性流体の温度の低下によるシール性能の悪化や結露の発生を抑制できる。そして、以上の構成により、磁性流体シール部６３では、回転部５９が、内側固定部６０と外側固定部６１に対して気密状態で回転自在となっている。すなわち、外筒５７は、磁性流体シール部６３を介して回転自在に支持されている。

外側固定部６１の上面と真空処理容器１０の下面との間には、略円筒状のベローズ６７が設けられている。ベローズ６７は、上下方向に伸縮自在な金属製の蛇腹構造体である。ベローズ６７は、コールドリンク４４の上部、外筒５７の下部、および断熱部材５８を包囲し、減圧状態に保持される真空処理容器１０の内部空間と真空処理容器１０の外部空間とを分離する機能を有する。

磁性流体シール部６３の下方には、スリップリング６６が設けられている。スリップリング６６は、金属リングを含む回転体６４と、ブラシを含む固定体６５とを有する。回転体６４は、磁性流体シール部６３の回転部５９と同軸に延在する略円筒状を有し、回転部５９の下面に固定されている。固定体６５は、その内径が回転体６４の外径よりも僅かに大きい略円筒状を有する。スリップリング６６は、直流電源（図示せず）と電気的に接続されており、直流電源から供給される電力を、固定体６５のブラシと回転体６４の金属リングを介して、配線３３に供給する。この構成により、配線３３にねじれ等を発生させることなく、直流電源からチャック電極に電位を与えることができる。なお、スリップリング６６は、ブラシ構造以外の構造であってもよく、例えば、非接触給電構造や、無水銀や導電性液体を有する構造等であってもよい。

スリップリング６６を構成する回転体６４は、上述した回転装置５１のロータ５３を支持する。これにより、ロータ５３が回転すると、駆動伝達部５２を構成する回転体６４、回転部５９、外筒５７を介して、ステージ２０が、コールドリンク４４に対して相対的に回転する。

冷凍機４３とコールドリンク４４の周囲には、真空断熱二重構造を有する断熱体６８が設けられている。図示例では、断熱体６８は、冷凍機４３とロータ５３との間、およびコールドリンク４４の下部とロータ５３との間に設けられている。この構成により、冷凍機４３とコールドリンク４４の冷熱がロータ５３に伝熱されることを抑制できる。断熱体６８は、第２支持体６９に支持されている。

昇降部７０は、第１昇降装置７１と第２昇降装置７２とを有している。第１昇降装置７１は、第１支持部材４５を昇降し、第１支持部材４５を介して冷却部４０を昇降するように構成されている。また、第２昇降装置７２は、第２支持部材６９を昇降し、第２支持部材６９、回転装置５１、駆動伝達部５２を介してステージ２０を昇降するように構成されている。昇降部７０は、第１昇降装置７１により冷却部４０を昇降し、第２昇降装置７２によりステージ２０を昇降することにより、ステージ２０の伝熱部２２と、冷却部４０の接続プレート４２との間を接離可能に構成されている。第１支持部材４５の上面と第２支持部材６９との下面の間には、冷凍機４３を包囲する略円筒状のベローズ７６が設けられている。ベローズ７６は、ベローズ６７と同様に、上下方向に伸縮自在な金属製の蛇腹構造体である。

温度測定機構８０は、ステージ２０の基板Ｗの載置の妨げとならない部分に設けられた温度検出用接触部８１と、ステージ２０の下方の真空処理容器１０の底部に取り付けられた温度検出部８２とを有する。温度検出部８２は、温度センサを有し、温度測定時以外は温度検出用接触部８１と離隔した位置に設けられている。温度検出部８２が温度検出用接触部８１に接触することによりステージ２０の温度が測定可能となっている。温度検出用接触部８１は、ステージ２０の昇降により、温度検出部８２と接離可能となっている。温度検出用接触部８１と温度検出部８２の位置を対応させ、ステージ２０を下降させて、温度検出用接触部８１を温度測定部８２に接触させることによりステージ２０の温度測定が行われる。

制御部９０は、コンピュータからなり、基板処理装置の各構成部を制御するＣＰＵからなる主制御部と、入力装置と、出力装置と、表示装置と、記憶装置とを有する。主制御部は、ターゲット部３０の電源、処理ガス供給装置、昇降部７０の第１昇降装置７１および第２昇降装置７２、冷凍機４３等を制御し、温度測定機構８０に基づいてステージ２０の温度も制御する。また、主制御部は、記憶装置に設けられた記憶媒体から呼び出された処理レシピに基づいて、基板処理装置１００に設定された動作を実行させる。

＜基板処理方法＞
次に、基板処理装置１００において実施される基板処理方法について説明する。
図２は基板処理装置１００における定常状態の基板Ｗの処理を説明するための図である。まず、真空処理容器１０内を真空排気した状態で、図２（ａ）に示すように、昇降部７０により冷却部４０とステージ２０とを接触させ、冷却部４０の冷凍機４３を作動させる。これにより、冷却部４０の温度が低下し、冷却部４０によりステージ２０が冷却される。具体的には、例えば、第１昇降装置７１により冷却部４０を上昇させることにより、冷却部４０の伝熱部２２と冷却部４０の接続プレート４２とを接触させ、この状態で冷凍機４３を作動させ、冷凍機４３の冷熱によりステージ２０が所定の冷却温度に冷却される。

そして、真空搬送室から基板搬送装置（いずれも図示せず）により、特定温度（常温以上、例えば７５℃）に保持された基板Ｗを真空処理容器１０内に搬送し、図２（ｂ）に示すように、ステージ２０上に載置する。このとき、チャック電極２１ａに直流電圧を印加し、基板Ｗを静電吸着するとともに、基板Ｗの裏面に伝熱ガスを供給する。これにより、基板Ｗが冷却される。

次いで、図２（ｃ）に示すように、第１昇降装置７１により冷却部４０を下降させてステージ２０と冷却部４０を離間させ、基板Ｗを載置したステージ２０を回転装置５１により駆動伝達部５２を介して回転させつつ、成膜処理を行う。

成膜処理に際しては、基板Ｗの位置がターゲットＴと所定間隔となる処理位置になるようにステージ２０の高さを調整し、真空処理容器１０内を処理圧力に調整する。そして、回転装置５１により基板Ｗを載置したステージ２０を回転させた状態で、真空処理容器１０内に処理ガスを導入しつつ、電源（図示せず）からターゲットＴに電圧を印加する。これにより、処理ガスのプラズマが生成され、プラズマ中のイオンによってターゲットＴがスパッタされる。スパッタされたターゲット材料の原子または分子は、ステージ２０に保持された基板Ｗの表面に堆積し、所望の膜、例えば、高い磁気抵抗比を有するＴＭＲ素子用の磁性膜を成膜することができる。このときのステージ２０の温度は、温度測定機構８０によりモニタされる。

成膜処理後、図２（ｄ）に示すように、ステージ２０の吸着を解除し、昇降ピン（図示せず）により基板Ｗを基板ステージ２０から離間させて基板Ｗを搬出する。このとき、昇降部７０によりステージ２０と冷却部４０とを接触させることにより、次の基板Ｗが搬入されるまでの待ち時間にステージ２０を冷却する。

このような一連の処理シーケンスを、複数の基板Ｗに対して連続して実施する。このとき、ステージ２０は冷却部４０に接触して冷却されるので短時間かつ高精度で極低温に冷却することができ、冷却されたステージ２０により基板Ｗを極低温に冷却することができる。成膜処理の際には、基板Ｗが載置されたステージ２０を回転させるために冷却部４０から離間させる。このため、成膜処理の際に、ステージ２０の温度が上昇する。

温度が上昇したステージ２０は、次の基板Ｗの成膜処理の前にステージ２０を冷却部４０に接触させることにより冷却されるが、ステージ２０の温度を初期冷却温度まで冷却するためには、数十分という長時間を要することが判明した。図３に具体例を示す。ここでは、８４Ｋのステージに基板を載置して、ステージ温度が８６Ｋまで上昇した場合、冷却部をステージに接触させて冷却して元の８４Ｋに戻るまでに、約２０分（１２００ｓｅｃ）かかることがわかる。このため、通常のシーケンスで連続成膜を行う場合には、連続成膜処理の過程でステージ２０の温度が初期冷却温度まで冷却しきれず、ステージ２０に熱が蓄積してその温度が徐々に上昇し、長時間経過後にある温度で熱平衡状態となって飽和し、温度が安定する。

例えば、冷却部４０（冷凍機４３）の温度が６９Ｋで所望のスループットで連続処理を行う場合、図４に示すように、ステージ２０の温度が初期冷却温度である７５Ｋから徐々に上昇し、約２時間後（基板４６枚処理に相当）に約２０Ｋ高い９５Ｋで熱平衡状態となって飽和し、温度が安定する。

このように、処理開始後のステージ２０の温度が熱平衡状態に達するまでの数十枚の基板は温度が安定しないため、基板間の処理の不均一が生じる。このため、ステージ２０の温度が熱平衡状態で安定するまでの数十枚の基板は製品としては使用できず、長時間の事前準備として行われることとなり、複数の基板に対する連続処理のスループットを低下させる要因となる。

そこで、本実施形態では、ステージ２０の温度が熱平衡状態で安定するまでの間の基板処理を行うことなく、ステージ２０の温度を熱平衡状態の定常冷却温度に制御して基板Ｗの連続処理を行う。

その際の具体的な処理シーケンスとしては、以下の第１の処理シーケンス例と第２の処理シーケンス例を挙げることができる。

［第１の処理シーケンス例］
最初に、第１の処理シーケンス例について説明する。
第１の処理シーケンス例では、冷却部４０を目標温度まで冷却させ、ステージ２０を初期冷却温度まで冷却してから、ステージ２０の温度を熱平衡状態の定常冷却温度まで上昇させ、その温度で複数の基板Ｗに対する連続処理を行う。

ステージ２０の温度を上昇させる手法としては、典型的には、ステージ２０を冷却部４０から離間させることによるステージ２０の自然昇温を利用することを挙げることができる。基板処理装置１００は、冷却部４０とステージ２０とが接離可能な構造を有していることから、このようなステージ２０を冷却部４０から離間させることによるステージ２０の昇温を容易に行うことができる。

図５は、ステージ２０を冷却部４０から離間させることによるステージ２０の自然昇温を検証した結果を示す図である。ここでは、ステージ２０の温度が冷却部４０（冷凍機４３）により冷却された初期冷却温度（７８Ｋ）から、ステージ２０を冷却部４０から離間させることにより、ステージ２０の温度を熱平衡状態の定常冷却温度に相当する９５～９８Ｋまで昇温させている。図５に示すように、ステージ２０を冷却部４０から離間させることにより約６０分でステージ２０の温度が初期冷却温度から熱平衡状態の定常冷却温度まで上昇している。このことから、ステージ２０を冷却部４０から離間させることにより、効率的にステージ２０の温度を熱平衡状態の温度にできることがわかる。

ステージ２０の温度を上昇させる他の手法としては、ヒータ等の加熱手段によりステージ２０を強制的に加熱する手法を挙げることができる。例えば、図６に示すように、ステージ２０にヒータ１１０を設けて、ステージ２０を加熱することで、ステージ２０の温度を上昇させることができる。

ステージ２０を加熱手段により加熱する手法をとる場合、ステージ２０を冷却部４０に接触した状態で行ってもよいが、冷却部４０に影響を与えない観点から、図６で図示するように、ステージ２０を冷却部４０から離間させた状態で加熱することが好ましい。ステージ２０を冷却部４０から離間させた状態で加熱手段によりステージ２０を加熱することにより、ステージ２０を冷却部４０から離間させることによる温度上昇効果と、加熱手段による温度上昇効果の両方を奏することができる。これにより、より短時間でステージを熱平衡状態の温度とすることができる。

第１の処理シーケンス例について図７および図８を参照してより具体的に説明する。図７は第１の処理シーケンス例を示すフローチャート、図８は第１の処理シーケンス例を示す温度チャートである。

まず、ステージ２０を冷却部４０に接触させた状態で冷凍機４３を作動させて冷却部４０を目標温度まで冷却し、ステージ２０を初期冷却温度まで冷却する（ステップＳＴ１）。ステップＳＴ１では、冷凍機４３を作動させて室温にある冷却部４０の冷却を開始し、冷却部４０を目標温度（例えば７０Ｋ）まで冷却し、伝熱によりステージ２０を初期冷却温度（例えば７５Ｋ）で安定させる。

次に、ステージ２０の温度を上昇させる（ステップＳＴ２）。ステップＳＴ２では、上述したように、ステージ２０を冷却部４０から離間させることによるステージ２０の自然昇温を利用すること、または、ヒータ等の加熱手段によりステージ２０を強制的に加熱することによりステージ２０の温度を上昇させることができる。ステージ２０を冷却部４０から離間させることと、加熱手段で強制的に加熱することを併用してもよい。これにより、単にステージ２０を冷却部４０から離間させることによるステージ２０の自然昇温の場合よりも短時間でステージ２０の温度を定常冷却温度まで上昇させることができる。

次に、ステージ２０の温度が熱平衡状態の温度である定常冷却温度に達した時点で、ステージ２０の温度を定常冷却温度に制御する（ステップＳＴ３）。この際の温度制御は、温度測定機構８０によりモニタされる温度に基づいて制御部９０によりなされる。このときの温度制御は、例えば、±１Ｋといった精度で行い得る。制御部９０は、温度測定機構により検出された温度に基づいて、ステージ２０と冷却部４０とを接離させることにより、ステージ２０の温度制御を行う。例えば、温度測定機構によりステージ２０の温度が狙い温度よりも１Ｋ高くなったことが検出された際には、冷却部４０を上昇させてステージ２０に接触させ、ステージ２０を冷却させる。一方、狙い温度よりも１Ｋ低くなったことが検出された際には、冷却部４０をステージ２０から離間させて昇温させる。ステージ２０の昇温は加熱手段（例えばヒータ１１０）で行ってもよく、冷却部４０からの離間と加熱手段での加熱とを併用して行ってもよい。このような制御を繰り返してステージ２０の温度を定常冷却温度に安定させる。なお、この際の温度制御の精度は、要求に応じて適宜設定される。

ステップＳＴ３により、ステージ２０の温度が定常冷却温度で安定した後、図２に示す手順に基づき、複数の基板Ｗに対して連続して成膜処理を行う（ステップＳＴ４）。

ステップＳＴ１～ステップＳＴ４の処理シーケンスは、制御部９０に予め記憶された処理レシピに従って実行される。

第１の処理シーケンス例によれば、冷却部４０によりステージ２０を初期冷却温度に冷却した後、ステージ２０を冷却部４０から離間すること、または加熱手段によりステージ２０を定常冷却温度に昇温する。このため、ステージ２０が定常冷却温度に達するまでの基板処理が不要となり、基板間の処理の不均一を抑制することができる。また、ステージ２０が定常冷却温度に達するまでの時間も短く、高スループットで処理が可能である。

［第２の処理シーケンス例］
次に、第２の処理シーケンス例について説明する。
第２の処理シーケンス例では、冷凍機４３を作動させ冷却部４０を冷却し、その過程でステージ２０の温度が熱平衡状態の温度に達した時点でステージ２０の温度をその温度に制御し、冷却部４０が目標温度まで冷却された時点で複数の基板Ｗに対する連続処理を行う。

第２の処理シーケンス例について図９および図１０を参照してより具体的に説明する。図９は第２の処理シーケンス例を示すフローチャート、図１０は第２の処理シーケンス例を示す温度チャートである。

まず、ステージ２０を冷却部４０に接触させた状態で冷凍機４３を作動させて冷却部４０を冷却し、それによりステージ２０を冷却する（ステップＳＴ１１）。

次に、ステージ２０の温度が熱平衡状態の温度である定常冷却温度に達した時点で、ステージ２０の温度を熱平衡状態の定常冷却温度に制御する（ステップＳＴ１２）。この際の温度制御は、温度測定機構８０によりモニタされる温度に基づいて制御部９０によりなされる。このときの温度制御は、例えば、±１Ｋといった精度で行い得る。制御部９０は、例えば、温度測定機構によりステージ２０の温度が狙い温度よりも１Ｋ高くなったことが検出された際には、冷却部４０を上昇させてステージ２０に接触させ、ステージ２０を冷却させる。一方、狙い温度よりも１Ｋ低くなったことが検出された際には、冷却部４０をステージ２０から離間させて昇温させる。ステージ２０の昇温は加熱手段で行ってもよく、冷却部４０からの離間と加熱手段での加熱とを併用して行ってもよい。このような制御を繰り返してステージ２０の温度を定常冷却温度に安定させる。なお、この際の温度制御の精度は、要求に応じて適宜設定される。

次に、ステップＳＴ１２においてステージ２０の温度を制御した状態で、冷却部４０（冷凍機４３）が目標温度に達したことを検出する（ステップＳＴ１３）。

冷却部４０（冷凍機４３）が目標温度に達したことが検出された時点で、図２に示す手順に基づき、複数の基板Ｗに対して連続して成膜処理を行う（ステップＳＴ１４）。

ステップＳＴ１１～ステップＳＴ１４の処理シーケンスは、制御部９０に予め記憶された処理レシピに従って実行される。

第２の処理シーケンス例によれば、冷却部４０によりステージ２０を冷却する途中で、ステージ２０の温度を定常冷却温度に制御する。このため、ステージ２０が定常冷却温度に達するまでの基板処理が不要となり、基板間の処理の不均一を抑制することができる。また、ステージ２０を定常冷却温度に昇温するための時間がかからないので、第１の処理シーケンス例よりもさらに高スループットの処理が可能である。

＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

例えば、上記実施形態では、基板処理としてＴＭＲ素子に用いられる磁性膜のスパッタ成膜を例にとって説明した。しかし、基板を保持するステージに冷却部を接触させてステージを直接冷却し、冷却部をステージから離間した状態でステージを回転しつつ基板を処理するものであれば、上記実施形態に限定されない。

また、上記実施形態では、基板として半導体ウエハを用いた例を示したが、半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。

１０；真空処理容器
２０；ステージ
３０；ターゲット部
４０；冷却部
４３；冷凍機
４４；コールドリンク
５０；回転駆動部
７０；昇降部
７１；第１昇降装置
７２；第２昇降装置
８０；温度測定機構
９０；制御部
１００；基板処理装置
Ｗ；基板

Claims (16)

1. 基板を載置するステージに冷却部を直接接触させて基板を冷却し、冷却部をステージから離間させた状態でステージを回転させつつ基板を処理する方法であって、
   前記ステージを前記冷却部に直接接触させた状態で前記冷却部を目標温度に冷却し、前記ステージを初期冷却温度まで冷却することと、
   前記ステージを昇温させることと、
   前記ステージの温度が定常冷却温度に達した時点で、前記ステージの温度を前記定常冷却温度に制御することと、
   前記定常冷却温度の前記ステージ上に基板を載置し、前記ステージを前記冷却部から離間させた状態で前記ステージを回転させながら、複数の基板に対して連続して基板処理を行うことと、
   を有する、方法。
2. 前記ステージを昇温させることは、前記冷却部を前記ステージから離間させることにより行う、請求項１に記載の方法。
3. 前記ステージを昇温させることは、前記ステージを加熱手段により加熱することにより行う、請求項１に記載の方法。
4. 前記ステージを昇温させることは、前記冷却部を前記ステージから離間させつつ、前記ステージを加熱手段で加熱することにより行う、請求項１に記載の方法。
5. 基板を載置するステージに冷却部を直接接触させて基板を冷却し、冷却部をステージから離間した状態でステージを回転させつつ基板を処理する方法であって、
   前記ステージを前記冷却部に直接接触させた状態で前記冷却部により前記ステージを冷却することと、
   前記ステージの温度が定常冷却温度に達した時点で、前記ステージの温度を前記定常冷却温度に制御することと、
   前記ステージの温度を制御した状態で、前記冷却部が目標温度に達したことを検出することと、
   前記定常冷却温度の前記ステージ上に基板を載置し、前記ステージを前記冷却部から離間させた状態で前記ステージを回転させながら、複数の基板に対して連続して基板処理を行うことと、
   を有する、方法。
6. 前記ステージの温度を前記定常冷却温度に制御することは、温度測定機構により検出された前記ステージの温度に基づき、前記ステージと前記冷却部とを接離させることにより行う、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記冷却部は、前記ステージの下方に設けられた冷凍機と、前記冷凍機の冷熱を前記ステージに伝熱するコールドリンクとを有する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記基板処理は、前記ステージを真空容器内に配置し、真空状態で、前記真空容器内の前記ステージの上方に配置されたターゲットからのスパッタ粒子を基板上に堆積させるスパッタ成膜である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 基板を処理する装置であって、
   回転可能に設けられ、基板が載置されるステージと、
   前記ステージに対し接離可能に設けられた冷却部と、
   前記ステージと前記冷却部とを接離させる機構と、
   前記ステージを回転させる回転機構と、
   前記ステージを昇温させる手段と、
   基板に処理を施す処理機構と、
   制御部と
   を有し、
   前記制御部は、
   前記ステージを前記冷却部に直接接触させた状態で前記冷却部を目標温度に冷却し、前記ステージを初期冷却温度まで冷却することと、
   前記ステージを昇温させることと、
   前記ステージの温度が定常冷却温度に達した時点で、前記ステージの温度を前記定常冷却温度に制御することと、
   前記定常冷却温度の前記ステージ上に基板を載置し、前記ステージを前記冷却部から離間させた状態で前記ステージを回転させながら、複数の基板に対して連続して基板処理を行うことと、
   が行われるように当該装置を制御する、装置。
10. 前記ステージを昇温させる手段は、前記冷却部と前記ステージを接離させる昇降装置を有し、前記冷却部と前記ステージを離間させることにより、前記ステージを自然昇温させる、請求項９に記載の装置。
11. 前記ステージを昇温させる手段は、前記ステージを加熱する加熱手段を有する、請求項９に記載の装置。
12. 前記ステージを昇温させる手段は、前記冷却部と前記ステージを接離させる昇降装置と、前記ステージを加熱する加熱手段を有し、前記ステージを昇温させることは、前記冷却部を前記ステージから離間させつつ、前記ステージを加熱手段で加熱することにより行う、請求項９に記載の装置。
13. 基板を処理する装置であって、
    回転可能に設けられ、基板が載置されるステージと、
    前記ステージに対し接離可能に設けられた冷却部と、
    前記ステージと前記冷却部とを接離させる機構と、
    前記ステージを回転させる回転機構と、
    基板に処理を施す処理機構と、
    前記ステージの温度を制御する
    制御部と
    を有し、
    前記制御部は、
    前記ステージを前記冷却部に直接接触させた状態で前記冷却部により前記ステージを冷却することと、
    前記ステージの温度が定常冷却温度に達した時点で、前記ステージの温度を前記定常冷却温度に制御することと、
    前記ステージの温度を制御した状態で、前記冷却部が目標温度に達したことを検出することと、
    前記定常冷却温度の前記ステージ上に基板を載置し、前記ステージを前記冷却部から離間させた状態で前記ステージを回転させながら、複数の基板に対して連続して基板処理を行うことと、
    が行われるように当該装置を制御する、装置。
14. 前記制御部は、温度測定機構により検出された前記ステージの温度に基づき、前記ステージと前記冷却部とを接離させることにより前記ステージの温度を前記定常冷却温度に制御する、請求項９から請求項１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記冷却部は、前記ステージの下方に設けられた冷凍機と、前記冷凍機の冷熱を前記ステージに伝熱するコールドリンクとを有する、請求項９から請求項１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記ステージは真空容器内に配置され、前記処理機構は、前記真空容器内の前記ステージの上方に配置されたターゲットと、前記ターゲットに電圧を印加する電源と、を有するスパッタ部を有し、前記ターゲットからのスパッタ粒子を基板上に堆積させるスパッタ成膜を行う、請求項９から請求項１５のいずれか一項に記載の装置。

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